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純電動汽車電機霍爾傳感器檢測

、新能源電機性能實驗臺實驗目的
1. 正確認識純電動汽車電機霍爾傳感器的作用 
2. 了解純電動汽車電機霍爾傳感器的結構 
3. 對電機霍爾傳感器檢測,觀察其結構,分析其工作原理,熟悉其部件。 
4. 對純電動汽車電機霍爾傳感器有一個初步的認識及掌握其檢測方法。
二、新能源電機性能實驗臺實驗原理及說明
1.萬用表功能使用介紹。
2.汽車示波器使用介紹。
3.電機霍爾傳感器外觀圖,如圖1所示。
圖1  電機霍爾傳感器
驅動電機端線束端子含義:
    電機u、v、w輸入接線(粗黃色線為U /粗綠色線為V / 粗藍色線為W)
    5線插-霍爾傳感器
細紅色線為+5V電源
細黑色線為接地線   
    細黃色線為 A          
細綠色線為 B          
細藍色線為 C
霍爾傳感器內部接線電路如圖2所示。
霍爾排列順序為正、正、正為60度電機,如是正、反、正為120度電機。
(a)60度角電機接線
(b)120度角電機接線
圖2  霍爾傳感器內部接線
6.電機霍爾傳感器模擬檢測
6.1電機霍爾傳感器電壓檢測(電路圖如圖3所示,不加速工況),測量電壓值;
圖3  電路圖
6.1電機霍爾傳感器電壓檢測(電路圖如圖3所示,加速工況),測量電壓值;
6.2電機霍爾傳感器地線與電源測試,電源電壓5V,電路圖如圖3所示;
6.5電機霍爾傳感器波形測試,波形如圖4所示;
圖4  電機霍爾傳感器波形
7.電機霍爾傳感器故障模擬
7.1“電機霍爾傳感器”故障開關向“0”方向按下時,設置故障。
7.2踏下電子油門,檢查故障現象。
7.3萬用表檢測面板端子,檢測線路與信號,如圖5所示。
圖5  萬用檢測 面板對應的端子的通斷
7.4“電機霍爾傳感器”故障開關向“1”方向按下時,設置排除。
8. 純電動汽車電機霍爾傳感器原理
8.1線性霍爾傳感器的內部電路如圖6所示。
圖6  線性霍爾傳感器的內部電路
線性霍爾電路由電壓調整器,霍爾電壓發生器,線性放大器和射極跟隨器組成,其輸入是磁感應強度,輸出是和輸入量成正比的電壓。靜態輸出電壓(B=0GS)是電源電壓的一半左右。S磁極出現在霍爾傳感器標記面時,將驅動輸出高于零電平;N磁極將驅動輸出低于零電平;瞬時和比例輸出電壓電平決定與器件最敏感面的磁通密度;舳D把輸出電壓的大小,取決于霍耳元件周圍的磁場強度。轉動時,改變了霍耳元件周圍的磁場強度,也就改變了霍爾傳感器的輸出電壓。
8.2電機霍爾傳感器
霍爾的信號線傳遞電機里面磁鋼相對于線圈的位置,根據三個霍爾的信號控制器能知道此時應該如何給電機的線圈供電(不同的霍爾信號,給電機線圈供相對應方向的電流),就是說霍爾狀態不一樣,線圈的電流方向不一樣;魻栃盘杺鬟f給控制器,控制器通過粗的導線給電機線圈供電,電機旋轉,磁鋼與線圈(纏在定子上的線圈,其實霍爾一般安裝在定子上)發生轉動,霍爾感應出新的位置信號,控制器粗的導線又給電機線圈重新改變電流方向供電,電機繼續旋轉(線圈和磁鋼的位置發生變化時,線圈必須對應的改變電流方向,這樣電機才能繼續向一個方向運動,不然電機就會在某一個位置左右擺動,而不是連續旋轉),這就是電機換相。以霍爾傳感器取代碳刷換向器,實現電機的運轉,如圖7所示。
圖7  電機霍爾傳感器ABC
霍爾在實際電路中的位置,如圖8所示。
圖8  霍爾在實際電路中的位置
上圖在這三個霍爾元件位置放置60度4極轉子,極轉子和三個霍爾元件,用于檢測旋轉;魻栐谥绷鳠o刷電機中的作用是很大的,而且是關鍵部件。
在無刷直流電機中是用霍爾傳感器對轉子的位置進行檢測,并將位置信息發送到電機的邏輯電路中已完成繞組換向功能,使轉子持續獲得恒定動力矩。轉子上的相鄰磁體極性各不相同,所以相同極性間的角度為90°。 旋轉的永磁體轉過霍爾傳感器時會使集成電路的狀態發生改變,每當南極靠近時,電路就會轉為工作狀態。實際角度為120°由于磁鐵極性變化周期為90°,所 以真正間隔角度為30°)放置的三個集成電路輸出波形。第一個集成電路會在30°時轉為工作狀態,第二個和第三個分別在60°與90°時轉為工作狀態。由 于北極磁鐵會通過霍爾傳感器使電路轉為釋放狀態,而相鄰南北極相隔45°,因此,集成電路在磁鐵轉過 45°后就轉為釋放狀態。
8.3電機霍爾位置傳感器與電機控制:電機內部裝有能感應磁場的霍爾傳感器(hall-sensor),做為速度之閉回路控制,同時也做為相序控制的依據。
無刷直流電機的工作原理本質上與有刷電機類似,都是通過電機中的永磁體磁場和繞組中的電流產生驅動力而發生轉動。不同的是無刷直流電機采用了位 置集成電路和電子開關替代傳統的直流電機中的電刷和換向器。由于不存在集電環或者碳刷用于換向和摩擦,因此就不存在通過碳堆積產生的功率損耗或者電氣噪 聲。同時,電子換向在數字指令的交互過程中也更具有靈活性。
要讓電機轉動起來,首先控制部就必須根據hall-sensor感應到的電機轉子目前所在位置,然后依照定子繞線決定開啟(或關閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序,如 圖9 inverter中之AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱為下臂功率晶體管),使電流依序流經電機線圈產生順向(或逆向)旋轉磁場,并與轉子的磁鐵相互作用,如此就能使電機順時/逆時轉動。當電機轉子轉動到hall-sensor感應出另一組信號的位置時,控制部又再開啟下一組功率晶體管,如此循環電機就可以依同一方向繼續轉動直到控制部決定要電機轉子停止則關閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管);要電機轉子反向則功率晶體管開啟順序相反。
圖9  上臂功率晶體管/下臂功率晶體管
基本上功率晶體管的開法可舉例如下: 
AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組,  但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因為電子零件總有開關的響應時間,所以功率晶體管在關與開的交錯時間要將零件的響應時間考慮進去,否則當上臂(或下臂)尚未完全關閉,下臂(或上臂)就已開啟,結果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。
當電機轉動起來,控制部會再根據驅動器設定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號變化的速度加以比對(或由軟件運算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關導通,以及導通時間長短。速度不夠則開長,速度過頭則減短,此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉速快或慢的方式,如何產生這樣的PWM才是要達到較精準速度控制的核心。
三、新能源電機性能實驗臺實驗儀器
實驗儀器,包括儀器設備條件、物質條件、相關文獻資料等。
序號 名稱 數量 主要用途
1 新能源汽車驅動系統結構與性能實驗臺    
2 汽車電工絕緣工具組    
3 高壓萬用表    
4 絕緣手套    
5 汽車示波器    
四、 實驗內容和步驟
(一)純電動汽車電機霍爾傳感器認識
1.觀摩新能源汽車驅動系統結構與性能實驗臺,識別電機霍爾傳感器部件安裝位置。
2.觀摩新能源汽車驅動系統結構與性能實驗臺,識別電機霍爾傳感器各引線功能。
(二)純電動汽車電機霍爾傳感器檢測
2.1電壓檢測
1)閉合電源總開關,點火開關ON位置。
2)換擋操縱機構手柄置于“前進/或者倒車”檔,右腳輕踩電子加速踏板,車輛前輪開始運轉;
3)不踩下加速踏板,萬用表檢測霍爾傳感器的信號端子與地線電壓值。
4)踩下加速踏板,萬用表檢測霍爾傳感器的信號端子與地線電壓值。
5)萬用表檢測霍爾傳感器的電源端子與地線電壓值。
6)對照面板檢測控制器端子與地線電壓值。
2.2波形測試
1)閉合電源總開關,點火開關ON位置。
2)換擋操縱機構手柄置于“前進/或者倒車”檔,右腳輕踩電子加速踏板,車輛前輪開始運轉;
3)慢慢踩下加速踏板,示波器檢測霍爾傳感器ABC的信號端子波形且記錄。
2.3故障模擬
1)閉合電源總開關,點火開關ON位置。
2)換擋操縱機構手柄置于“前進/或者倒車”檔,右腳輕踩電子加速踏板,車輛前輪開始運轉;
3)“霍爾傳感器”故障開關向“0”方向按下時,設置故障。
4)踏下電子油門,檢查故障現象。
5)萬用表檢測面板端子,檢測線路與信號查找原因。
6)“霍爾傳感器”故障開關向“1”方向按下時,設置排除。
2.4實訓實驗完畢后,關閉點火開關,斷開電源開關,整理好設備。
五、 實驗報告
1.如何測試電機霍爾傳感器波形?
2.如何測試電機霍爾傳感器電壓?正常值是多少?
3.斷開電機霍爾傳感器A或者B線,會有什么故障現象?為什么?
4.霍爾傳感器波形記錄且分析實測數據結果。
六、 預習與思考題 
1.純電動汽車組成結構與工作原理。
2.純電動汽車電機結構與原理。
3.驅動電機霍爾傳感器結構與原理。
七、 參考資料

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